Arch. Tierz., Dummerstorf 51 (2008) Sonderheft, 67-82

Institut für Tierernährung, Friedrich-Loeffler-Institut (FLI), Bundesforschungsinstitut für Tiergesundheit, Braunschweig, Deutschland GERHARD FLACHOWSKY

Wie kommen wir zu CO2-Footprints für Lebensmittel tierischer Herkunft?

Abstract Title of the paper: How do we receive CO2-footprints for food of animal origin? The environmental assessment of human activities is a hot topic presently. It is not only important from the environmental view, but also from the view of efficient utilization of limited natural resources, such as fuel, area, water, phosphorus and other resources. Presently so-called CO2Eq-footprints are deduced for food to quantify their environmental impact. The objective of the paper is to develop such footprints for food of animal origin and to show present weaknesses. On the bases of the emissions (carbon dioxide, methane, laughing gas) during crop production, transportation, storing and processing of feeds, animal keeping, enteric losses in animals and during excrement management and under consideration of the global warming potential of the gases (CO2Eq) CO2-footprints for production of milk, beef, pork, poultry meat and eggs are deduced and compared with some references. Apart from food the emission are also calculated on the base of edible protein of animal origin. Finally conclusions for further research need are given. CO2Eq-footprints may contribute to the assessment of greenhouse gas emissions of food of animal origin, but further factors as utilization of grassland and by-products or conservation of the countryside must be also considered for a complex assessment of various production systems. Keywords: CO2-footprint, milk, meat, eggs, food chain, greenhouse gases, edible protein

Zusammenfassung Die Bewertung umweltrelevanter menschlicher Aktivitäten prägt unsere Zeit und ist nicht nur aus Sicht möglicher Umweltwirkungen, sondern auch aus Sicht einer effektiven Nutzung begrenzt verfügbarer natürlicher Ressourcen, wie z. B. fossile Energieträger, Nutzfläche, Wasser, Phosphor und anderer Rohstoffe, dringend erforderlich. Bei der Bewertung von Lebensmitteln wird gegenwärtig angestrebt, durch CO2-Footprints (Fußabdrücke) die Umweltrelevanz zu quantifizieren. Im Beitrag wird versucht, derartige Footprints für Lebensmittel tierischer Herkunft abzuleiten und die gegenwärtigen Grenzen aufzuzeigen. Ausgehend von den Emissionen (Kohlendioxid, Methan, Lachgas) beim Futterbau, bei Transport, Lagerung, Verarbeitung der Futtermittel, bei der Tierhaltung und bei den Umsetzungen im Tier sowie beim Exkrementmanagement und unter Berücksichtigung der Treibhausgasäquivalente (CO2Äq) werden im Beitrag CO2Äq für die Erzeugung von Milch, Rind-, Schweine- und Geflügelfleisch sowie Eier abgeleitet und mit verfügbarer Literatur verglichen. Neben den Produkten werden die Emissionen auch auf essbares Protein bezogen. Abschließend wird zur besseren Qualifizierung der Zusammenhänge Forschungsbedarf abgeleitet. CO2Äq-Footprints können zu einer gewissen Bewertung klimarelevanter Emissionen bei der Erzeugung von Lebensmitteln tierischer Herkunft beitragen, in eine Gesamtbewertung der verschiedenen Erzeugungsformen müssen jedoch weitere Faktoren einfließen (z. B. Nutzung von absolutem Wiederkäuerfutter und von Nebenprodukten, Landschaftspflege durch Nutztiere u. a.). Schlüsselwörter: CO2-Fußabdruck, Milch, Fleisch, Eier, Nahrungskette, Treibhausgase, essbares Protein

FLACHOWSKY: Wie kommen wir zu CO2-Footprints für Lebensmittel tierischer Herkunft?

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Einleitung

Im Ergebnis der Industrialisierung und der weiter ansteigenden Erdbevölkerung wird verstärkt auf fossile Kohlenstoff-(C)-Quellen zurückgegriffen, so dass global die Kohlenstoffdioxid-(CO2)-Konzentration in den zurückliegenden Jahren deutlich angestiegen ist und ein weiterer Anstieg erwartet wird (Abbildung 1). Der gegenwärtige Anstieg beträgt ≈1,9 ppm CO2 bzw. 0,5 % pro Jahr.

2050 - 2060 ca. 460 - 620 ppm

ProjektionenMessungen

CO

2– K

onze

ntra

tion

(ppm

)

2050 - 2060 ca. 460 - 620 ppm

ProjektionenMessungen

CO

2– K

onze

ntra

tion

(ppm

)

Abb. 1: Entwicklung des CO2-Gehaltes der Atmosphäre nach verschiedenen Projektionen (nach IPCC, 2006) CO2 gehört zu den Treibhausgasen (klimarelevante Gase), die bei zunehmender Erhöhung in der Atmosphäre infolge der Absorptionsfähigkeit im Infrarot-Spektralbereich die Rückstrahlung von Wärmestrahlung vermindern und so zu einem Anstieg der Temperatur auf der Erde beitragen. Diese Entwicklung drückt sich nach IPCC (2006) u. a. im Anstieg der globalen mittleren Oberflächentemperatur um 0,74 oC im Laufe der vergangenen 100 Jahre und in der Beschleunigung des weltweiten Anstieges des Meeresspiegels aus (1,8 mm/ Jahr im Zeitraum 1961 bis 2003; 3,1 mm/ Jahr im Zeitraum 1993 bis 2003). Weltweit wird jährlich mit über 30 Mrd. t CO2-Emissionen gerechnet (s. Tabelle 3). Davon entfallen etwa 85 % auf energiebedingte CO2-Emissionen (Tabelle 1). Tabelle 1 Energiebedingte CO2-Emissionen 2005 in verschiedenen Regionen (nach IEA, 2007 und ISERMEYER et al., 2008)

CO2-Emissionen Region (Mrd. t/ Jahr) (t/ Einwohner und Jahr)

Welt 27,1 4,2 EU-27 4,0 8,1 Deutschland 0,81 9,9 Schweden 0,05 5,6 Niederlande 0,18 11,2 USA 5,8 19,6 Russland 2,3 8,1 China 5,1 3,9 Indien 1,15 1,0 Afrika 0,84 0,9

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Neben CO2 haben auch andere Gase ein Treibhauspotenzial, das deutlich höher als das von CO2 ist (Tabelle 2). Die Methan-Konzentration in der Atmosphäre beträgt gegenwärtig ≈1,7 ppm mit einem jährlichen Konzentrationsanstieg von ≈0,01 ppm, die von Lachgas wird mit 312 ppb angegeben (BOCKISCH et al., 2000). Tabelle 2 Treibhauspotenzial von Gasen, die aus der Landwirtschaft emittiert werden (von IPCC 2006 empfohlene Werte)

Treibhausgas Summenformel Treibhauspotenzial (CO2 =1) Kohlenstoffdioxid CO2 1 Methan CH4 23 Lachgas N2O 296

Ammoniak (NH3), dem auch ein Treibhauspotenzial zugeordnet wird (3,1 × CO2), bleibt infolge seiner überwiegend lokalen Bedeutung (nahe des Emittenten) bei den weiteren Betrachtungen unberücksichtigt. Das Erkennen dieser Zusammenhänge führte dazu, die CO2-Emissionen bzw. die von CO2-Äquivalenten zu erfassen und eine gewisse Wichtung der Quellen vorzunehmen sowie wirksame Reduzierungsmöglichkeiten zu erarbeiten und anzuwenden. Obwohl im Vergleich zu den energiebedingten Emissionen aus Industrie, Verkehr und Haushalten (s. Tabelle 1) der Anteil der Landwirtschaft an den gesamten CO2-Emissionen in Deutschland relativ gering ist (z. Z. 65 Mio. t CO2-Äquivalante pro Jahr bzw. 6 % der Emissionen, Tabelle 3), wird wiederholt die Frage nach Reduzierungspotenzialen gestellt. Global ist diese Frage berechtigt, denn der Anteil der Landwirtschaft an den CO2Äq-Emissionen wird auf nahezu ein Drittel der Gesamtemissionen geschätzt (Tabelle 3). Tabelle 3 Treibhausgasemissionen, global und in Deutschland (ISERMEYER et al., 2008)

CO2 Äquivalente (Mrd. t/ Jahr) Region CO2 CH4 N2O

Gesamt in %

Welt 31,9 6,0 3,1 41,4 100 davon Landwirtschaft 7,6 3,1 2,6 13,4 32

Deutschland 0,87 0,05 0,06 1,00 100 davon Landwirtschaft k. A. 0,02 0,04 0,06 6 Die jährliche Zuwachsrate an CO2-Äquivalenten wird weltweit mit ≈1 Mrd. t angegeben (ISERMEYER et al., 2008). Infolge der Veredelungsverluste bei der Erzeugung von Lebensmitteln tierischer Herkunft wird die Frage nach den CO2-Emmissionen vor allem bei diesen Lebensmitteln gestellt. Dadurch soll einerseits eine Information für die Verbraucher gegeben werden, andererseits wird durch Sensibilisierung von Erzeugern und Verbrauchern eine Reduzierung der Emissionen angestrebt. Diese Zusammenhänge können dann bedeutungsvoll werden, wenn der Handel mit Emissionsrechten auch die Landwirtschaft erfasst. Im Beitrag wird versucht, den Wissenstand bezüglich der Emissionen an CO2-Äquivalenten bei der Erzeugung von Lebensmittel tierischer Herkunft (CO2-Footprints) zusammenzutragen, mögliche Schwachstellen und entsprechenden Forschungsbedarf aufzuzeigen sowie auf vorhandene Reduzierungspotenziale hinzu-weisen. Derartige komplexe Studien scheinen dringend erforderlich, da verschiedene Einrichtungen (z. B. DEFRA, 2006) bzw. Autoren (s. Tabelle 4) trotz unzureichender Datenbasis bereits „präzise“ Angaben über Klimabilanzen für Lebensmittel tierischer Herkunft bereitstellen. Solche Bewertungen beim gegenwärtigen Wissenstand sind nicht unproblematisch, da dadurch der Eindruck entstehen kann, dass:

FLACHOWSKY: Wie kommen wir zu CO2-Footprints für Lebensmittel tierischer Herkunft?

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– ausreichend Primärdaten zur Bewertung vorhanden sind und kein weiterer Forschungsbedarf besteht

– vorschnelle (und vielleicht falsche) Schlussfolgerungen zur ökologischen Be-/ Verurteilung verschiedener Lebensmittel tierischer Herkunft bzw. ihrer Produktionsform vorgenommen werden können.

Verschiedene Details der in Tabelle 4 dargestellten Zahlen wurden kürzlich bewertet (FLACHOWSKY, 2008b). Tabelle 4 „Klimabilanz“ für Lebensmittel tierischer Herkunft aus konventioneller und ökologischer Landwirtschaft beim Einkauf im Handel (nach Öko-Institut Darmstadt, FRITSCHE und EBERLE, 2007/ HEISSENHUBER, 2008)

CO2-Äquivalente in g/ kg Produkt konventionell ökologisch Milch 940 / 826 883 / 843 Rindfleisch 13 311 / 10 066 11 374 / 10 223 Schweinefleisch 3 252 / 4 109 3 039 / 4 965 Geflügelfleisch 3 508 / 1 978 3 039 / 2 846 Eier 1 931 / 1 724 1 542 / 1 592

Material und Methoden Für derartige Kalkulationen sind Kenntnisse bzw. nachvollziehbare Ableitungen entlang der gesamten Nahrungskette (Wertschöpfungskette) erforderlich (Abbildung 2).

1) CO2 wird durch die Photosynthese gebunden und durch Umsetzungen im Tier freigesetzt, es wird als emissionsneutral betrachtet.

CO2 N2O

Boden/Pflanze

Futtermittel,Ernte,

LagerungMischfutter,

NebenprodukteTier

Exkremente

MenschLebensmitteltierischer Herkunft

Biogas,Dünger

Eintrag(Input)

Ketten-glieder

Austrag an klimarelevanten

Gasen(Output)

Dünger,Kraftstoff,Pflanzen-

schutzmittel,Saatgut,Wasser

CO2 CO2 CH4 (CO2)1) CH4 CH4N2O

(CO2)1)

Kraftstoff, Kraftstoff, Kraftstoff, Kraftstoff, Elektroenergie Elektroenergie Elektroenergie Elektroenergie

CO2

Abb. 2: Wesentliche Elemente des Nahrungskettengliedes „Lebensmittel tierischer Herkunft“ sowie ausgewählte Einträge von Ressourcen und Austräge von klimarelevanten Gasen

Eigentlich ist der Begriff der Kette – obwohl er schon relativ komplex erscheint – für die Erfassung aller Zusammenhänge nicht komplex genug und sollte durch Netzwerk ersetzt werden. Dadurch kann die Vernetzung der Lebensmittelerzeugung noch besser verdeutlicht werden, die Quantifizierung verschiedener Zusammenhänge wird jedoch deutlich komplizierter. Bei der Darstellung der Ein- und Austräge entlang der Nahrungskette wird auf verfügbare Literaturquellen zurückgegriffen (z. B. BOCKISCH et al., 2000; WECHSELBERGER 2000; WOITOWICZ 2007). Die quantifizierbaren Austräge werden zu CO2-Äquivalenten (CO2Äq, CH4 × 23; N2O × 298, s. Tabelle 2) umgerechnet und in ihrer Gesamtheit als Treibhausgaspotenzial ausgedrückt. Indirekte Aufwendungen, wie z. B. für die Werkstoffherstellung, die Fertigung von Maschinen und technischen Ausrüstungen, die Baustoffherstellung und der Bau von Gebäuden und Anlagen

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(sog. Vorleistungsbereiche der Landwirtschaft) bleiben bei den vorgenommen Kalkulationen in Übereinstimmung mit den von BOCKISCH et al. (2000) aufgelisteten Gründen unberücksichtigt. Die Emissionen aus Transport, Schlachtung, Verarbeitung, Lagerung, Kühlung und Aufbereitung der Lebensmittel tierischer Herkunft im Haushalt fließen in die vorgenommenen Kalkulationen ebenfalls nicht ein, da sie sich ausschließlich auf die agrarische Primärproduktion beziehen. Damit sind die Systemgrenzen der vorgenommen Kalkulationen weitgehend charakterisiert. Die Höhe des Futtereinsatzes und die Leistungshöhe der Lebensmittel liefernden Tiere sind wesentliche Kriterien für die nährstoffökonomische und ökologische Bewertung der Lebensmittelerzeugung. Da die Erzeugung von essbarem Protein tierischer Herkunft das Hauptziel der Nutztierhaltung in Europa darstellt, wird diesem Parameter bei der Kalkulation entsprechender Aufwandsdaten besondere Aufmerksamkeit gewidmet (s. Tabelle 5). Die Bezugsbasis essbares Protein hat auch den Vorteil der unmittelbaren Vergleichbarkeit der verschiedenen Formen der Erzeugung von Lebensmitteln tierischer Herkunft. Tabelle 5 Produktion von essbarem Protein tierischer Herkunft mit verschiedenen Tierarten/ -kategorien und N-Ausscheidung in Abhängigkeit von der Leistungshöhe (nach FLACHOWSKY, 2002)

Futteraufnahme Essbares Protein N-Ausscheidung Proteinquelle (Lebendmasse)

Leistung je Tag Höhe

(kg T/ Tag)

GF : KF (auf T-

Basis, %)

EssbareFraktion

( %)

Proteingehaltin essbarer Fraktion (g/ kg FM)

g/ Tag g/ kg LM kg/ kg

essbares Protein

% der N-Aufnahme

Milchkuh (650 kg)

10 kg Milch20 kg Milch40 kg Milch

12 16 25

90 : 10 75 : 25 50 : 50

95 34 323 646

1 292

0,5 0,9 2,0

0,65 0,48 0,35

75 70 65

Milchziege (60 kg)

2 kg Milch5 kg Milch

2 2,5

80 : 20 50 : 50 95 36 68

170 1,1 2,8

0,40 0,23

70 60

Mastrind (350 kg)

500 g LMZ1 000 g LMZ1 500 g LMZ

6,5 7 7,5

95 : 15 85 : 15 70 : 30

50 190 48 95

143

0,12 0,24 0,36

2,5 1,6 1,2

90 84 80

Mastschwein (80 kg)

500 g LMZ700 g LMZ900 g LMZ

1,8 2 2,2

20 : 80 10 : 90

0 : 100 60 150

45 63 81

0,55 0,8 1,0

0,8 0,7 0,6

85 80 75

Mastküken (1,5 kg)

40 g LMZ60 g LMZ

0,07 0,08

10 : 90 0 : 100 60 200 4,8

7,2 3,2 4,8

0,4 0,3

70 60

Legehenne (1,8 kg)

50 % LL70 % LL90 % LL

0,10 0,11 0,12

20 : 80 10 : 90

0 : 100 95 120

3,6 5,1 6,6

2,0 2,8 3,7

0,6 0,35 0,2

80 65 55

GF = Grundfutter, KF = Kraftfutter, LM = Lebendmasse; LMZ = Lebendmassezunahme, LL=Legeleistung

Ergebnisse In diesem Abschnitt werden exemplarisch einige Emissionsquellen dargestellt und die Emissionen je Produkt quantifiziert. Dabei wird zwischen betriebsmittelbedingten Emissionen beim Pflanzenbau, bei Futterlagerung und -bearbeitung und in der Tierhaltung, tierbedingten Emissionen und Emissionen beim Exkrementmanagement unterschieden. Betriebmittelbedingte Emissionen Der Umfang der betriebsmittelbedingten Emissionen hängt von der Intensität des Landbaus und dabei vor allem von der Düngungsintensität ab. Bei Bezug auf das

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Produkt (je t bzw. kg Trockensubstanz, T), das in vorliegender Ausarbeitung die Basis ist, hat die Ertragshöhe erheblichen Einfluss auf die Höhe der Emissionen. Verschiedene Autoren vergleichen unterschiedliche Bewirtschaftungssysteme, wie z. B. ökologischen und herkömmlichen Landbau (s. auch Tabelle 4). KÜSTERMANN et al. (2007) ermittelten je t Winterweizen CO2-Emissionen aus fossiler Energie im Mittel von 120 (Ökolandbau) und 136 kg (konventioneller Landbau), wobei zwischen einzelnen Betrieben sehr große Abweichungen auftraten. Unter Berücksichtigung der C-Speicherung im Humus und der N2O-Emission betrug beispielsweise das Treibhauspotential je t Winterweizen 496 (−102 bis 958) kg bei Ökolandbau und 355 (213 bis 545) kg CO2-Äquivalente bei konventionellem Landbau (ISERMEYER et al., 2008). In Tabelle 6 sind Mittelwerte nach verschiedenen Autoren dargestellt. Dabei zeigte sich, dass Grundfutter im Mittel (0,15 kg/ kg T) mit geringeren und Kraftfutter mit höheren Betriebsmittel-bedingten Emissionen (0,29 kg/ kg T im Mittel aller Werte) erzeugt wird. Tabelle 6 CO2-Emissionen aus betriebsmittelbedingten Quellen für verschiedene Futtermittel nach verschiedenen Autoren

Futtermittel CO2-Emission (kg/ kg T) Autor Gundfutter

Weide/ Gras 0,10 0,07 (ÖL)1) 0,221) 0,12-0,15

KRAATZ et al., 2006 BOCKISCH et al., 2000 BOCKISCH et al., 2000 KIM und DALE, 2004

Grassilage 0,17 0,241)

0,09 (ÖL)1)

KRAATZ et al., 2006 BOCKISCH et al., 2000 BOCKISCH et al., 2000

Maissilage 0,15 0,09 (ÖL)1) 0,151)

KRAATZ et al., 2006 BOCKISCH et al., 2000 BOCKISCH et al., 2000

Heu 0,19 0,09 (ÖL)1) 0,251)

KRAATZ et al., 2006 BOCKISCH et al., 2000 BOCKISCH et al., 2000

Konzentrate Triticale 0,20 KRAATZ et al., 2006 Mais 0,25-0,29 KIM und DALE, 2004 Gerste

0,21 (ÖL) 0,321)

BOCKISCH et al., 2000 BOCKISCH et al., 2000

Weizen

0,19 (ÖL)1) 0,311) 0,27 0,50 (ÖL)1)

0,361)

BOCKISCH et al., 2000 BOCKISCH et al., 2000 ABEL, 1996 KÜSTERMANN et al., 2007 KÜSTERMANN et al., 2007

1) CO2Äq Futterlagerung und -bearbeitung Relativ wenige belastbare Studien liegen zum CO2-Austrag bei verschiedenen Verfahren der Futterlagerung und -aufbereitung vor (FEIL, 2005). Kürzlich berichteten LÖWE und ZWART (2008) vom Einfluss verschiedener Futterphosphate (Mono [MCP]- und Di-Calcium-Phosphat [DCP]) auf den Energieverbrauch bei der Vermahlung und Pelletierung. Dabei zeigte sich für MCP ständig der höchste spezifische Energieverbrauch bei der Pelletierung, unabhängig vom Grad der Vermahlung oder der Dampfbehandlung.

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Wenig umfangreich ist die Datenbasis bezüglich der Aufwendungen bzw. Schadgas-emissionen bei der Futtertrocknung, Vermahlung und Mischfutterherstellung. In Anlehnung an BOCKISCH et al. (2000) werden für die Getreidevermahlung 6,6 kWh Strom bzw. ≈5 kg CO2/ t unterstellt, für die Mischfutterherstellung werden 2,2 kWh bzw. ≈1,5 kg CO2/ t berücksichtigt. Für den Energiebedarf für die Getreidetrocknung werden 3,9 kWh Strom und 7,5 l Heizöl bzw. ≈30 kg CO2/ t verwendet. Für die Trocknung von Nebenprodukten der Lebensmittelerzeugung, wie Kartoffeleiweiß, Bierhefe, Schlempe oder Rübenschnitzel werden 200 l Diesel und 150 kWh/ t bzw. ≈850 kg CO2/ t unterstellt. Tierhaltung Bezüglich der Tierhaltung wird in direktem Energieaufwand bzw. direkte Emissionen und indirekte Angaben unterschieden. Nach verschiedenen Quellen (Zusammenfasung bei BRUNSCH et al., 2008) variiert der Energieaufwand für Milchentzug, -lagerung und Reinigung der Anlage zwischen 18 bis 22 MJ/ 100 kg FCM für konventionelle Melksysteme und ist für automatische Melksysteme um 2 bis 4 MJ/ 100 kg FCM höher. Bei Unterstellung einer CO2-Emission von ≈200 g/ MJ Elektroenergie (BOCKISCH et al., 2000) entspricht der Energieeinsatz 3,6 bis 4,4 kg CO2/ 100 kg FCM bzw. ≈40 g CO2/ kg FCM. Der individuelle Energieaufwand bzw. die CO2-Emission, z. B. für Gebäude, Einrichtungen und Melktechnik umfasst nur etwa ein Hundertstel der direkten Werte (BRUNSCH et al., 2008) und wird bei den weiteren Betrachtungen vernachlässigt. Nach HEA (1996) entfallen ≈60 % des Gesamtenergie-verbrauches in der Milchviehhaltung auf die Milchgewinnung, ≈35 % auf die Fütterung, ≈ 2 % auf die Entmistung und ≈ 3 % auf die Beleuchtung. In der Sauenhaltung werden 1 % für Reinigung, 1 % für Entmistung, 5 % für Beleuchtung, 11 % für Stallklima, 12 % für Fütterung und 70 % für die Ferkelnestbeheizung aufgewendet. Weitere Details zum Energieeinsatz in der Tierhaltung können BOCKISCH et al. (2000) entnommen werden. Tierbedingte Emissionen

Methan (CH4) Es ist allgemein anerkannt, dass Methan als natürliches Nebenprodukt der mikrobiellen Fermentation im Pansen von Wiederkäuern anfällt. In Abhängigkeit von der Rations-gestaltung können 4 bis 10 % der Bruttoenergie bzw. 15-40 g CH4/ kg T-Aufnahme entstehen (Tabelle 7). Da wir kürzlich (FLACHOWSKY und BRADE, 2007) in einem Review auf Methanbildung und Einflussfaktoren detailliert eingegangen sind, sollen hierzu keine weiteren Ausführungen folgen. Verschiedene Autoren halten es für realistisch, durch unterschiedliche Maßnahmen die Methanemission aus dem Verdauungstrakt der Wiederkäuer um bis zu 30 % zu reduzieren (z. B. Zusammen-fassung bei FLACHOWSKY und BRADE, 2007; JOUANY, 2008; KREUZER und SOLIVA, 2008). Auf Möglichkeiten zur Reduzierung der Methanbildung bei den anaeroben Umsetzungen im Verdauungstrakt und bei der Exkrementlagerung wird im Abschnitt „Forschungsbedarf“ näher eingegangen. Bedingt durch das hohe Treibhauspotenzial (s. Tabelle 2) belastet CH4 die CO2Äq-Footprints der von Wieder-käuern stammenden Lebensmittel ganz erheblich (s. Tabelle 11 und Abbildung 5).

FLACHOWSKY: Wie kommen wir zu CO2-Footprints für Lebensmittel tierischer Herkunft?

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Tabelle 7 Methanbildung je kg Futtertrockensubstanz in Abhängigkeit von der Rationsgestaltung der Wiederkäuer (nach verschiedenen Literaturquellen)

Kraftfutteranteil ( %) % der Bruttoenergieaufnahme g/ kg Trockensubstanz 0 8-10 25-40 50 6-8 20-25 90 4-6 15-20 Lachgas (N2O) Lebensmittelliefernde Tiere scheiden selbst kein N2O aus. Etwa 90 % des in die Atmosphäre gelangenden N2O wird in den Boden bei mikrobiellen Umsetzungen aus Nitrat und Ammonium gebildet (Abbildung 3).

NH3 NH2OH NO2

NO3

NO

NO2 NO N2

N2

N2O

N2

N2O

N2O

NH3 NH2OH NO2

NO3

NO

NO2 NO N2

N2

N2O

N2

N2O

N2O Abb. 3: Lachgasbildung (N2O) aus Ammoniak (NH3) (nach WRAGE et al., 2001) Der Anteil des Stickstoffes, der als Lachgas emittiert wird, hängt u. a. von N-Quelle (Abbildung 4), Bodenart, Feuchte, Temperatur und Bodenbewirtschaftung ab. Außerdem kann Stickstoff, der aus dem Boden als Nitrat eingetragen und verfrachtet wird, später an anderen Stellen zu Lachgasemissionen führen. Insgesamt ist einzuschätzen, dass hohe Stickstofffrachten mit hoher Wahrscheinlichkeit zu hohen Lachgasemissionen führen. Für quantitative Abschätzungen wird zumeist der IPCC-Richtwert (IPCC, 2006) zugrunde gelegt, nach dem 1,25 % des ausgebrachten N als N2O-N emittiert werden, wohl wissend, dass die N2O-Emissionen bei weidenden Tieren (OENEMA et al., 2005; DI et al., 2007) oder Gülledüngung (POGGEMANN, 2001) deutlich höher sein können als nach Mineraldünger-Gaben (AMBUS et al., 2007; DE KLEIN und ECKARD, 2007; JONES et al., 2007; VON GROENINGEN et al., 2005a, b). CRUTZEN et al. (2007) geben einen Schätzwert von ≈4 % N2O-N des gedüngten N an und berücksichtigen dabei ebenfalls die jenseits der gedüngten Flächen anfallenden Lachgasmengen. Die N2O-Emissionen bei Weidehaltung können zwischen 1,4 und 9,8 % der ausgeschiedenen N-Menge variieren (BOCKISCH et al., 2000). Über weitere Details der Lachgasbildung und zur Reduzierung der N-Ausscheidungen bei lebensmittelliefernden Tieren haben wir kürzlich zusammenfassend informiert (FLACHOWSKY und LEBZIEN, 2007). Prinzipiell ist einzuschätzen, dass aus Geflügelexkrementen infolge des Harnsäure-anteils im Harn weniger Lachgas entsteht als aus Exkrementen, die im Harn Harnstoff enthalten (s. Abbildung 4; OSADA et al., 2007). Da bei Geflügel auch kaum Methan anfällt, resultieren deutlich geringere CO2Äq bei Lebensmitteln von Geflügel, wie Tabellen 13 und 14 sowie Abbildung 5 zeigen.

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Abb. 4: Wichtige N-Quellen in den Exkrementen und deren Neigung zur NH3-Bildung CO2-Footprints Nach einer Kurzdarstellung der verschiedenen Quellen klimarelevanter Gase, die bei der Erzeugung von Lebensmitteln tierischer Herkunft entstehen, wird anschließend die Ableitung von CO2-Footprints vorgenommen. Solche Kalkulationen werden auch als Ökobilanzen oder Life Cycle Assessments (CLA) bezeichnet. Derartige Kalkulationen können vorgenommen werden, indem alle Emissionsquellen entlang der Nahrungskette erfasst werden, wie in Tabelle 8 exemplarisch für die Milchkuh gezeigt wird. Der mit 650 g CO2Äq je kg Milch ausgewiesene Wert (Tabelle 8) liegt im Vergleich zu verschiedenen Literaturangaben (Tabelle 9) relativ niedrig. Neben unterschiedlichen Ausgangsdaten bezüglich der Emissionen können die berücksichtigten Systemgrenzen ebenfalls erheblichen Einfluss auf die CO2Äq-Footprints ausüben. Wichtige Einflussfaktoren am Beispiel der Milchproduktion sind neben Fütterung und Leistungshöhe der Kühe ihre Nutzungsdauer, die Berücksichtigung der Jungrinder-aufzucht und die -aufzuchtdauer, die Anrechnung des Kalbes oder Kalkulationen zum „Gesamtsystem Rind“ als Milch- und Fleischlieferant. Tabelle 8 Kalkulation der Emissionen je Milchkuh und Jahr (Parameter: Lebendmasse 650 kg, Milchleistung 8 000 kg/ Jahr, 1 Kalb/ Jahr, nach DÄMMGEN und HAENEL, 2008)

Emissionen (kg/ Kuh und Jahr) Emissionsquelle CO2 CH4 N2O

Düngerproduktion 210 5,5 1,1 Futtererzeugung 83 1,2 Transport, Behandlung 43 Pansenfermentation 119 Fermentation bei Güllelagerung 19 0,9 Emissionen aus Boden, Lagerung, Wasser −1 1,8 Gesamt 336 143 5 CO2-Äquivalente (t/ Kuh und Jahr) (g/ kg Milch)1)

5,2 650

1) ohne Jungrinderaufzucht und Kalb

N-Quelle

Sonstige

Harnstoff Harnsäure Peptide, Proteine

Aminosäuren, Biogene Amine

Kreatinin,Hippursäure, Allantoin u.a.

Vorkommen Harn Geflügelharn

(≈ 75 % des NPN) Kot Kot, Harn Harn, Kot

Prozent der gesamten N-Ausscheidung

40 - 80 40 - 60 30 - 50 0 - 5 1 - 10

Enzyme zum Abbau Urease Uricase Proteasen,

Desaminasen Desaminasen verschiedene Enzyme

NH3-Bildung sehr schnell langsam langsam schnell langsam bis

schnell Einflussfaktoren auf die NH3-Bildung

pH, Temperatur, Zeit

Temperatur, Zeit, Feuchte

Temperatur, Zeit, Feuchte

Temperatur, Zeit, Feuchte

Temperatur, Zeit, Feuchte

FLACHOWSKY: Wie kommen wir zu CO2-Footprints für Lebensmittel tierischer Herkunft?

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Tabelle 9 Angaben zu produktbezogenen CO2Äq je kg Milch nach verschiedenen Autoren

Bemerkung/ Produktionsform g CO2Äq/ kg Milch Autor

konventionell ökologisch

990 942 CEDERBERG und MATTSSON, 2000

konventionell/ ökologisch 1 300 HAAS et al., 2001 konventionell ökologisch

888 1 129 IEPEMA und PIJNENBURG, 2001

konventionell ökologisch

974 1 129 ZIJPP, 2001

konventionell ökologisch

940 883 FRITSCHE und EBERLE, 2007

konventionell ressourcenschonend konventionell ökologisch

745 826 843

WOITOWICZ, 2007

k. A., s. Tabelle 8 650 DÄMMGEN und HAENEL, 2008

Aus verschiedenen Untersuchungen kann abgeleitet werden, dass höhere Leistungen in jedem Fall zu einem geringeren CO2Äq-Footprint je kg Milch führen. Bei der Erzeugung einer bestimmten Menge Milch resultieren aus höheren Leistungen weniger Kühe (Tabelle 10), die auch weniger Kälber und damit weniger Rindfleisch zur Folge haben. Dementsprechend muss mehr Rindfleisch importiert werden, wenn ein bestimmter Verzehr (z. B. ≈10 kg/ Einwohner und Jahr) erwartet wird oder andere Formen der Rindfleischerzeugung (z. B. Mutterkuhhaltung) müssen etabliert werden. Daraus resultieren höherer Futtereinsatz und im Rahmen der „Doppelveredlung Milchkuh – Kalb“ höhere Ausscheidungen an CH4 und N je Produkt, die die Einspareffekte höherer Milchleistungen kompensieren können (Tabelle 10). Tabelle 10 Einfluss der Leistungshöhe der Milchkühe auf die Austräge (CO2, CH4, N2O) bei der Erzeugung von 1 000 t Milch und 30 t Rindfleisch (Lebensmittel vom Wiederkäuer für ≈3 000 Menschen) sowie CO2-Äquivalente je Einwohner und Jahr

Schlachtung (Anzahl)

Milchleistung (kg/ Jahr)

Milchkühe (Anzahl)

Remontierung (%)

Kühe1) Mastbullen/ Färsen2)

Rindfleisch (t)

Mutterkühe3) kg CO2-Aqui-valente je Ein-wohner u. Jahr

4 000 250 25 62 176 40,0 – 410 6 000 167 30 50 109 26,3 9 360 8 000 125 35 44 75 19,6 26 350

10 000 100 40 40 55 15,8 35 360 12 000 83 45 37 42 13,4 41 380

1) 600 kg Schlachtmasse, 50 % Fleischertrag (75-135 kg Fleisch/ Kuh und Jahr) 2) Ein Kalb pro Kuh und Jahr, 5 % Verluste, Remontierung bzw. Mast, 1 000 g Lebendmassezunahme/ Tag 3) Kuh/ Kalb-Paar, 25 % Remontierung ≈400 kg Fleisch/ Paar und Jahr

Analoge Kalkulationen wurden für weitere Lebensmittel tierischer Herkunft vorgenommen, wie in Tabelle 11 exemplarisch für die Rindfleischerzeugung in Abhängigkeit von der Lebendmassezunahme der Tiere zeigt. Ähnlich hohe Schwankungen sind auch den verfügbaren Literaturangaben (Tabelle 12) zu entnehmen, wobei die extrem hohen Daten für die Mutterkuhhaltung herausragen.

Arch. Tierz. 51 (2008) Sonderheft

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Tabelle 11 Beispiele zur Kalkulation der CO2-Äquivalente bei der Rindfleischerzeugung (150-550 kg LM) in Abhängigkeit vom Futtereinsatz sowie den Methan- und N-Ausscheidungen

CO2-Aquivalente (kg/ kg) LMZ (g/ Tag)

Futteraufnahme (kg T/ Tier und

Tag)1)

Anteil KF (% der T-Auf-

nahme)1)

Methanaus-scheidung (g/ kg T)

N-Aus-scheidung (g/ Tag)

N2O-Bildung (% der N-Aus-

scheidung) LMZ SLK ET

500 (überwiegend Weide, kein KF)

6,5 0 26 110 2 11,5 23,0 28,0

1 000 (Stallhaltung, Gras-silage, etwas KF)

7,0 15 24 130 1 5,5 11,0 13,8

1 500 (Stallhaltung, Mais-silage, KF)

7,5 30 22 150 0,5 3,5 7,0 9,0

LMZ=Lebendmassezunahme, KF=Kraftfutter, SLK=Schlachttierleerkörper, ET=essbare Teile 1) CO2-Output: 120 kg/ t Grundfutter-Trockensubstanz, 220 kg/ t Kraftfutter-Trockensubstanz Tabelle 12 Angaben zu produktbezogenen CO2Äq je kg Lebendmassezunahme bzw. Schlachttierleerkörper in der Rindermast nach verschiedenen Autoren

LMZ SLK Produktionsform/ Leistungshöhe kg CO2Äq/ kg

Autor

Integrierte Rindermast Mutterkuhhaltung

– –

8,5 29,0 REITMAYR, 1995

konventionell (125-625 kg) – 11,5 WECHSELBERGER, 2000 konventionell ökologisch

– –

13,3 11,4 FRITSCHE und EBERLE, 2007

konventionell A konventionell B ressourcenschonend

– –

10,1 8,7

10,2 WOITOWICZ, 2007

LMZ 500 1 000 1 500

11,5 5,5 3,5

23,0 11,0 7,0

eigene Daten (s. Tabelle 11)

LMZ=Lebendmassezunahme, SLK=Schlachttierleerkörper

Bei der Fleischerzeugung führt die Bezugsbasis häufig zu Konfusionen und Fehlinter-pretationen. Neben der Lebendmassezunahme kann die Schlachttierleerkörperzunahme oder die Zunahme an essbaren Teilen (Fleisch, essbare Innereien) als Bezugsbasis dienen. Der Bezug auf die Schlachtkörperleermasse ist dabei die realistischste und am meisten verwendete Basis, da diese Daten auf dem Schlachthof gewonnen werden können. In verschiedenen Darstellungen wird der Begriff „Fleisch“ verwendet, der jedoch ebenfalls Schlachtkörperleermasse meint. Infolge der kaum vorhandenen Methanausscheidungen bei Nichtwiederkäuern sind die CO2Äq je Tier (Tabelle 13) bzw. je Tierprodukt oder essbares Protein (Tabelle 14) deutlich niedriger als bei Wiederkäuern. Tabelle 13 Tierbezogene CO2-Äquivalente aus der konventionellen und ökologischen Nutzierhaltung (HEISSENHUBER, 2008)

Tierbezogene CO2-Äquivalente (kg-CO2Äq je Tier und Jahr) konventionell ökologisch CH4 N2O CO2 CO2Äq CH4 N2O CO2 CO2Äq Milchkuh 2 728 1 063 1 250 5 041 2 363 834 1 020 4 216 Rind 1 674 972 640 3 286 473 805 458 2 736 Schwein1) 84 203 91 378 59 242 133 434 Mastgeflügell) 0,2 0,6 1,3 2 0,4 0,8 4,4 6 Legehennen 2 9 17 28 2 4 21 27

1) bezogen auf die jeweilige Mastdauer; bei Schweinen inkl. der jeweiligen Anteile Ferkel und Sauen (WOITOWITZ, 2007)

FLACHOWSKY: Wie kommen wir zu CO2-Footprints für Lebensmittel tierischer Herkunft?

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Tabelle 14 CO2-Äquivalente (kg) je kg Produkt bzw. je kg essbares Protein tierischer Herkunft in Abhängigkeit von der Leistungshöhe verschiedener Nutztiere

CO2-Äquivalente (kg) Proteinquelle Leistungshöhe je Tag je kg Produkt je kg Protein

Milch 10 kg 20 kg 40 kg

1,0 0,55 0,4

30 16 12

Rindfleisch (SK) 1 000 g 1 500 g

11,0 7,0

55 35

Schweinefleisch (SK) 700 g 900 g

1,8 1,5

12 10

Geflügelfleisch (SK) 40 g 60 g

0,8 0,6

4 3

Eier 70 % LL 90 % LL

0,6 0,5

5 4

SK = Schlachttierkörper, LL = Legeleistung

Abbildung 5 zeigt die CO2Äq je kg essbares Protein und die verschiedenen Emissionsanteile. Dabei fallen die hohen Werte für Wiederkäuerprodukte und der hohe Methananteil besonders auf.

MethanFutterbauLachgasSonstige

CO2Äq (kg/kg Eiweiß)14

Milch(30 kg/Tag)

Rindfleisch(1400 g LMZ/Tag)

Schweinefleisch(800 g LMZ/Tag)

Geflügelfleisch(60 g LMZ/Tag)

Eier(90 % Legeleistung)

40 11 3 4

LebensmitteltierischerHerkunft

MethanFutterbauLachgasSonstige

MethanFutterbauLachgasSonstige

CO2Äq (kg/kg Eiweiß)14

Milch(30 kg/Tag)

Rindfleisch(1400 g LMZ/Tag)

Schweinefleisch(800 g LMZ/Tag)

Geflügelfleisch(60 g LMZ/Tag)

40 11 3 4

LebensmitteltierischerHerkunft

MethanFutterbauLachgasSonstige

CO2Äq (kg/kg Eiweiß)14

Milch(30 kg/Tag)

Rindfleisch(1400 g LMZ/Tag)

Schweinefleisch(800 g LMZ/Tag)

Geflügelfleisch(60 g LMZ/Tag)

Eier(90 % Legeleistung)

40 11 3 4

LebensmitteltierischerHerkunft

MethanFutterbauLachgasSonstige

MethanFutterbauLachgasSonstige

CO2Äq (kg/kg Eiweiß)14

Milch(30 kg/Tag)

Rindfleisch(1400 g LMZ/Tag)

Schweinefleisch(800 g LMZ/Tag)

Geflügelfleisch(60 g LMZ/Tag)

40 11 3 4

LebensmitteltierischerHerkunft

Abb. 5: Anteile (%) der verschiedenen Emissionsquellen an den CO2-Footprints je kg essbares Protein

Forschungsbedarf Die vorgenommen Quantifizierungen zur Ableitung von CO2-Footprints für Lebensmittel tierischer Herkunft basieren neben Messungen auch auf verschiedenen Festlegungen und z. T. auf Unterstellungen. Zur weiteren Verbesserung der Aussagen derartiger Ökobilanzen wird Forschungsbedarf u. a. auf folgenden Gebieten gesehen:

– Erfassung der Einflussfaktoren auf die Lachgasbildung und bessere Quantifizierung in Abhängigkeit von den Einflussfaktoren

– weitere Quantifizierung der betriebsmittelbedingten Emissionen – einheitlicher Umgang mit den indirekten Emissionen entlang der

Wertschöpfungskette – Berücksichtigung der Emissionen, die bei der Aufbereitung von

Nebenprodukten der Verarbeitungsindustrie als Futtermittel entstehen

Arch. Tierz. 51 (2008) Sonderheft

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– bessere Quantifizierung der Emissionen aus der Mischfutterherstellung und -behandlung (z. B. Pelletierung, Extrudieren)

– Bewertung der Auswirkungen der „modernen“ Biotechnologie auf die Ökobilanz (z. B. CAPPER et al., 2008).

Neben derartigen Studien haben auch Ökobilanzen von komplexen Systemen (z. B. Rind als Milch- und Fleischlieferant sowie zur Landschaftspflege) bzw. Netzwerken zunehmende Bedeutung. Die Standardisierung von Methoden unter Berücksichtigung vielfältiger Einflussfaktoren zur Ermittlung der CO2Äq-Footprints ist demnach auch eine große Herausforderung für die Forschung. Über entsprechende Reduzierungen wurde wiederholt im Ergebnis von In-vitro-Studien berichtet (Zusammenfassung bei FLACHOWSKY und BRADE, 2007; FLACHOWSKY und LEBZIEN, 2007). Durch In-vitro-Studien kann allerdings nichts über die Höhe der Futteraufnahme, Gewöhnungseffekte der Pansenmikroorganismen und physiologischer Prozesse im Tier ausgesagt werden. Beispielsweise erscheint demnach für eine wissenschaftliche Bewertung des Methan-Reduzierungspotenzials verschiedener Maßnahmen ein Drei-Stufen-Programm mit folgenden Schritten erforderlich (FLACHOWSKY, 2008a):

1. Testung der Substanzen in vitro (evtl. verschiedene Rationsgestaltungen; geeignet für erstes Screening einer Vielzahl von Substanzen).

2. Prüfung im Vergleich zu unsupplementierter Kontrollgruppe an den Zieltierarten (Einfluss auf Futteraufnahme, Messung der Methanbildung, Einfluss auf Umsetzungen im Pansen u. a.).

3. Langzeitstudien (z. B. gesamte Laktationsperiode, gesamte Mastdauer) mit Substanzen, die in Prüfungsstufe 2 erfolgreich waren, an den Zieltierarten im Vergleich zu unsupplementierten Kontrolltieren (Einfluss auf Methanbildung und Umsetzungen im Pansen im Versuchsverlauf, Einfluss auf Leistungshöhe, Tiergesundheit und Produktqualität).

Forschungsbedarf besteht demnach nicht nur hinsichtlich der besseren Quantifizierung der Emissionen, sondern auch bei der Ausschöpfung möglicher Reduzierungspotenziale und der Auswirkungen bestimmter Reduzierungen auf die Ökobilanz (LOVETT et al., 2006).

Schlussfolgerungen Bei allem Verständnis für Rufe der Politik nach CO2-Footprints für Lebensmittel (auch tierischer Herkunft), wie sie bereits in Großbritannien und Schweden vorbereitet werden, ist einzuschätzen, dass beim gegenwärtigen Wissensstand und der Vielzahl von Einflussfaktoren noch umfangreiche Untersuchungen notwendig sind. Die erheblichen Ertrags- und Leistungsschwankungen im Pflanzenbau und der Tierproduktion führen von Jahr zu Jahr zu unterschiedlichen Inputs und Emissionen, so dass die CO2-Footprints nicht nur zwischen verschiedenen Produktionssystemen, sondern auch zwischen den Jahren in einem System beträchtlich variieren können.

FLACHOWSKY: Wie kommen wir zu CO2-Footprints für Lebensmittel tierischer Herkunft?

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Autor: Prof. Dr. GERHARD FLACHOWSKY Institut für Tierernährung Friedrich-Loeffler-Institut (FLI) Bundesforschungsinstitut für Tiergesundheit Bundesallee 50 38116 Braunschweig Deutschland E-Mail: gerhard.flachowsky@fli.bund.de